Glucoseamylse (Hình 2.8) (α-1,4-glucan glucohydrolase EC 3.2.1.3) là enzyme thủy phân liên kết α-1,4 và α-1,6 glucoside từ đầu không khử của mạch tinh bột tạo ra đƣờng glucose. Glucoseamylse có thể nhận đƣợc từ nhiều nguồn thực vật, động vật và vi sinh vật. Tuy nhiên enzyme vi sinh vật vẫn đƣợc sử dụng chủ yếu trong công nghiệp. Chủng sử dụng chính để thu nhận glucoamylase là các loại nấm mốc
Aspergillus. Ngoài ra glucoamylase còn có thể thủy phân các liên kết α-1,2 và α-1,3 glucoside. Theo lý thuyết, enzyme này có thủy phân tinh bột để tạo ra glucose có hiệu suất đến 100% (Hoàng Kim Anh và ctv., 2004).
Hình 2.8 Enzyme Glucoamylase
(Nguồn: http://www.globalhealingcenter.com/natural-health/glucoamylase/)
Loại enzyme Nguồn enzyme Khoảng pH tối ƣu
Nhiệt độ tối ƣu (oC) α-amylase vi khuẩn Bac. Subtilis
Bac. Amyloliquefucieins 6,5-7,5 70-85 Mất hoạt tính ở 95oC α-amylase của nấm sợi Asp. Niger Asp. Oryzae 5,0-6,0 55-60 Mất hoạt tính ở 80oC
α-amylase của malt Malt đại mạch, tiểu mạch
4,5-7,0 60-70
Mất hoạt tính ở 85oC
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 19
Glucoamylase tinh khiết tồn tại ở hai dạng glucoamylase I và glucoamylase II. Glucoamylase bị vô hoạt mạnh bởi ion Hg2+, trong khi Mn2+ và Fe2+ lại có khả năng hoạt hóa enzyme. Glucoamylase nói chung hoạt động trong vùng acid, pH tối ƣu nằm trong khoảng 4,5-5, nhiệt độ tối ƣu ở khoảng 40 – 60oC. Khi so sánh vận tốc thủy phân cơ chất khác nhau bằng glucoamylase tinh thể, ngƣời ta nhận thấy các polysaccharide phân tử lớn thƣờng đƣợc thủy phân nhanh hơn so với các polysaccharide phân tử nhỏ.
So với α-amylase, glucoamylase bền đối với acid hơn nhƣng lại kém bền đối với tác dụng của rƣợu etylic, aceton và không đƣợc bảo vệ bằng Ca2+. Hầu hết glucoamylase mất hoạt tính ở nhiệt độ 70oC (Nguyễn Đức Lƣợng, 2004).
Một số tính chất của glucoamylase đƣợc thể hiện ở Bảng 2.5
Bảng 2.5 Một số tính chất của glucoamylase
Nguồn enzyme Khoảng pH tối ƣu Nhiệt độ tối ƣu (oC)
Aspergillus niger 4,5-5,0 55-60 Mất hoạt tính ở 90oC Aspergillus awamori 3,0-5,0 55-65 Mất hoạt tính ở 85oC Rhizopus niveus 3,0-5,5 55-60 Mất hoạt tính ở 70-80oC
(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng, 2004)
2.4 Quá trình đồng hóa 2.4.1 Cơ sở khoa học
Đồng hóa sữa là phƣơng pháp làm giảm kích thƣớc của những giọt béo nhằm ngăn chặn hay làm chậm sự tách lớp béo sữa. Việc làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (pha phân tán và pha liên tục) và sức căng bề mặt sẽ làm cho hệ nhũ tƣơng ổn định hơn và tránh đƣợc hiện tƣợng tách pha.
Các phƣơng pháp đồng hóa:
- Đồng hóa bằng phƣơng pháp sử dụng áp lực cao. - Đồng hóa bằng phƣơng pháp khuấy trộn.
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 20
2.4.2 Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình đồng hóa
- Tỷ lệ phần trăm giữa thể tích pha phân tán và tổng thể tích hệ nhũ tƣơng: nếu thể tích pha phân tán chỉ chiếm một phần nhỏ so với thể tích hệ nhũ tƣơng thì quá trình đồng hóa sẽ đƣợc thực hiện dễ dàng và hệ nhũ tƣơng có độ bền cao. Ngƣợc lại hệ nhũ tƣơng với pha phân tán chiếm tỉ lệ cao thƣờng khó đồng hóa bằng phƣơng pháp thông thƣờng. Bên cạnh đó, các hạt của pha phân tán có xu hƣớng dễ kết hợp với nhau tạo thành các hạt lớn hơn, từ đó dẫn đến hiện tƣợng tách pha.
- Nhiệt độ: nhiệt độ đồng hóa trong chế biến sữa thƣờng dao động trong khoảng 55- 80oC. Nhiệt độ của mẫu càng thấp thì quá trình đồng hóa càng kém hiệu quả do một số chất béo chuyển sang trạng thái rắn. Nhiệt độ cao giúp giảm độ nhớt và tăng khả năng chảy rối của sữa nên tăng hiệu suất đồng hóa. Ngƣợc lại, nếu nhiệt độ quá cao thì chi phí năng lƣợng cho quá trình sẽ gia tăng và các phản ứng hóa học không cần thiết có thể xảy ra ảnh hƣởng đến chất lƣợng của hệ nhũ tƣơng.
- Áp suất: áp suất đồng hóa dao động từ 100-250 bar. Áp suất đồng hóa càng lớn thì hiện tƣợng chảy rối và hiện tƣợng sâm thực khí sẽ càng dễ xuất hiện, kết quả là các hạt của pha phân tán đƣợc tạo thành có kích thƣớc nhỏ và hệ nhũ tƣơng có độ bền cao.
- Chất nhũ hóa: các chất nhũ hóa sử dụng trong công nghệp chế biến sữa khá đa dạng, tùy từng loại chất nhũ hóa mà hiệu quả của quá trình đồng hóa khác nhau. Khi các hạt phân tán bị phá vỡ và giảm kích thƣớc, chất tạo nhũ sẽ hấp thụ lên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha, tạo nên một màng bảo vệ quanh các hạt phân tán giúp hệ nhũ tƣơng bền hơn. Trong công nghệ chế biến sữa, quá trình đồng hóa đƣợc sử dụng với mục đích ổn định hệ nhũ tƣơng, chống lại sự tách pha dƣới tác dụng của trọng lực còn gọi là quá trình nhũ hóa. Một số protein trong sữa có vai trò nhƣ những chất nhũ hóa. Đối với sản phẩm sữa tiệt trùng có hàm lƣợng béo 3-3,5%, quá trình đồng hóa sữa sẽ hiệu quả cao khi tỷ lệ lƣợng casein trong sữa đạt 0,2 g/l chất béo. Chất nhũ hóa thƣờng dùng là lecithin, glycerin este, sorbitol este...
2.4.3 Chất nhũ hóa glycerol
- Tính chất
Glycerol (Hình 2.9)là một polyol đơn giản, không màu, không mùi, nhớt, có vị ngọt, sôi ở 290oC, phân tử khối của glycerol là 92,09382g/ mol, độ nhớt 1,2 Pa.s. Glycerol có 3 nhóm – OH nên tan hoàn tốt trong nƣớc. Hầu hết các chất béo đều có sƣờn từ glycerol, còn gọi là các triglycerides.
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 21
Hình 2.9 Glycerol
(Nguồn:http://vi.m.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp_tin:Glycerine_chemical_structure.png)
Glycerol có một số tính chất của một rƣợu đa nhƣ phản ứng với Cu(OH)2 tạo ra dung dịch xanh trong suốt. Đây cũng là phản ứng đặc trƣng để nhận biết rƣợu đa chức có hai nhóm –OH trở lên gắn liền kề nhau.
- Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm
Trong thức ăn và đồ uống, glycerol đƣợc sử dụng nhƣ một chất tạo ẩm, chất tạo ngọt, chất bảo quản. Ngoài ra nó còn đƣợc sử dụng làm chất độn trong các sản phẩm ít béo nhƣ bánh ngọt.
Nhƣ một chất thay thế cho đƣờng, glycerol có độ ngọt bằng 60% độ ngọt của đƣờng saccharose, tuy nhiên nó lại không làm tăng lƣợng đƣờng trong máu và cũng không gây sâu răng. Riêng về mảng phụ gia cho thực phẩm này,glycerolcòn đƣợc gọi là E422.
Glycerol còn đƣợc sử dụng để sản xuất mono- và di-glyceride, đƣợc dùng làm chất tạo nhũ, cũng nhƣ các ester polyglycerol trong việc sản xuất mỡ và bơ thực vật Nó cũng đƣợc sử dụng nhƣ một chất giữ ẩm (cùng với propylene glycol đƣợc dán nhãn E1520 hoặc E422) trong sản xuất Snus, một sản phẩm thuốc lá không khói theo phong cách Thụy Điển.
Khi đƣợc sử dụng trong thực phẩm,glycerol đƣợc Hiệp hội dinh dƣỡng Hoa kỳ phân loại nhƣ một carbohydrate. Cục quản lý dƣợc và thực phẩm Mỹ (FDA) phân định carbohydrate là những chất dinh dƣỡng có tạo ra năng lƣợng trừ protein và chất béo.Glycerol có hàm lƣợng calo tƣơng đƣơng đƣờng ăn nhƣng chỉ số đƣờng huyết thấp và có cách trao đổi chất khác trong cơ thể nên đƣợc những ngƣời ăn kiêng chấp nhận thay cho đƣờng ăn.
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 22
CHƢƠNG 3 PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
3.1.1 Địa điểm, thời gian thực hiện
- Địa điểm: phòng thí nghiệm bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng, trƣờng Đại học cần Thơ.
- Thời gian: từ 12/08/2013 đến 22/11/2013
3.1.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
Một số thiết bị và dụng cụ đƣợc trình bày ở Hình 3.1 - Máy xay sinh tố
- Water bath (Memmert)
- Chiết quang kế cầm tay (0 – 32oBx) (Malwaukee, Romania) - Máy đo độ nhớt (Brookfield, USA)
- Cân phân tích độ chính xác ±0,0001 g (Ohaus, Japan) - Nhiệt kế (China)
- Bếp điện. - Tủ sấy.
- Máy ghép nắp
- Nồi tiệt trùng (China)
- Máy đo quang phổ spectrophotometer.
- Một số dụng cụ phân tích (cốc thủy tinh, bình định mức, bình tam giác, pipet...)
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 23
Hình 3.1 Thiết bị và dụng cụ
a. Máy xay sinh tố b. Chiết quang kế c. Water bath d. Máy đo độ nhớt e. Cân phân tích f. Nồi tiệt trùng
3.1.3 Hóa chất
Chế phẩm enzyme α – amylase có nguồn gốc từ chủng vi khuẩn Bacillusdo hãng Novozymes cung cấp.
Chế phẩm enzyme Glucoamylase (AMG 300L) có nguồn gốc từ vi khuẩn
Aspergilus niger do hãng Novozymes cung cấp.
Dung dịch Fehling A và B, Pb(CH3COO)2 30%, NaOH, HCl, Na2SO4 bão hòa, metyl xanh 1% trong nƣớc.
3.1.4 Nguyên liệu
Khoai lang tím Nhật thu nhận từ huyện Bình Tân, tỉnh Vĩnh Long.
Kem sữa Cooking cream Emborg (Đan Mạch)15% chất béo mua từ siêu thị Metro, Cần Thơ.
c.
d. e. f.
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 24
3.2 PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Sơ đồ bố trí thí nghiệm đƣợc thể hiện ở Hình 3.1
Hình 3.2 Quy trình chế biến sữa khoai lang tím
Thủy phân bằng enzyme α – amylase (80oC)
Lọc Dịch trích Khoai lang tím Xay Phối trộn Đồng hóa Tiệt trùng (121oC, 20 phút) Bảo quản Rót chai, đóng nắp Kiểm tra chất lƣợng Gia nhiệt (80 - 95oC) Rửa sạch
Thủy phân bằng enzyme glucoamylase (60oC) Nƣớc (tỉ lệ 2:1)
Kem sữa Hấp chín, lột vỏ
Bã
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 25
3.2.2 Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang bằng enzyme α-amylase đến chất lƣợng sữa khoai lang tím. khoai lang bằng enzyme α-amylase đến chất lƣợng sữa khoai lang tím.
3.2.2.1 Mục đích
Tìm ra nồng độ enzyme α-amylase và thời gian thủy phân khoai lang cho chất lƣợng sữa tốt nhất.
3.2.2.2 Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc bố trí ngẫu nhiên với 2 nhân tố A và B, các nghiệm thức đƣợc lặp lại 2 lần.
- Nhân tố A: nồng độ enzyme α-amylase (%)
Đối chứng: 0 A1: 0,02 A2: 0,05 A3: 0,08 - Nhân tố B: thời gian thủy phân (phút)
B1: 10 B2: 20 B3: 30 - Tổng số nghiệm thức là 4 x 3 = 12 nghiệm thức.
- Tổng số đơn vị thí nghiệm là 12 x 2 = 24 đơn vị thí nghiệm.
3.2.2.3 Tiến hành thí nghiệm
- Nguyên liệu khoai lang tím đƣợc rửa sạch, hấp chín, bỏ vỏ rồi xay với nƣớc theo tỷ lệ cố định 2 nƣớc: 1khoai (dữ liệu có đƣợc từ thí nghiệm thăm dò).
- Lấy khoảng 200g (mỗi mẫu) dịch khoai lang sau khi đã xay với nƣớc thủy phân bằng chế phẩm emzyme α-amylase, có nguồn gốc từ chủng vi khuẩn Bacillus, nhiệt độ tối ƣu cho hoat động enzyme là 70-85oC (Nguyễn Đức Lƣợng, 2004)
- Tiến hành khảo sát nồng độ enzyme α-amylase và thời gian thủy phân khác nhau đồng thời cố định nhiệt độ là 80o
C nhƣ phần bố trí thí nghiệm.
3.2.2.4 Chỉ tiêu phân tích
- Độ Brix (o Bx). - Độ nhớt (cP).
3.2.3 Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của quá trình thủy phân tinh bột khoai lang bằng enzyme glucoamylase đến chất lƣợng sữa khoai lang tím. khoai lang bằng enzyme glucoamylase đến chất lƣợng sữa khoai lang tím. 3.2.3.1 Mục đích
Tìm ra nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thủy phân tinh bột khoai lang cho chất lƣợng sữa tốt nhất.
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 26
3.2.3.2 Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc bố trí ngẫu nhiên với 2 nhân tố C và D đƣợc lặp lại 2 lần. - Nhân tố C: nồng độ enzyme (%)
Đối chứng: 0 C1: 0,04 C2: 0,06 C3: 0,08 - Nhân tố D: thời gian thủy phân (phút)
D1: 60 D2: 120 D3: 180
- Tổng số nghiệm thức là 3 x 4 = 12 nghiệm thức.
- Tổng số đơn vị thí nghiệm là 12 x 2 = 24 đơn vị thí nghiệm.
3.2.3.3 Tiến hành thí nghiệm
- Nguyên liệu khoai lang tím đƣợc rửa sạch, hấp chín, bỏ vỏ rồi xay với nƣớc theo tỷ lệ cố định là 2 nƣớc: 1 khoai (dữ liệu có đƣợc từ thí nghiệm thăm dò).
- Lấy khoảng 200g (mỗi mẫu) dịch khoai lang sau khi đã xay với nƣớc thủy phân bằng chế phẩm emzyme α-amylase, tiếp tục thủy phân bằng chế phẩm enzyme glucoamylase AMG 300L, có nguồn gốc từ vi khuẩn Aspergilus niger, nhiệt độ tối ƣu cho hoạt đông của enzyme là 55-60oC (Nguyễn Đức Lƣợng, 2004).
- Tiến hành khảo sát nồng độ enzyme glucoamylase và thời gian thủy phân đồng thời cố định nhiệt độ là 60oC nhƣ phần bố trí thí nghiệm.
3.2.3.4 Chỉ tiêu phân tích
- Hàm lƣợng đƣờng khử của dịch thủy phân (%).
3.2.4 Thí nghiệm 3: Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ phối chế đến chất lƣợng sản phẩm. phẩm.
3.2.4.1 Mục đích
Tìm ra tỷ lệ dịch khoai lang và kem sữa thích hợp để sản phẩm đạt chất lƣợng tốt nhất.
3.2.4.2 Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc bố trí ngẫu nhiên với 1 nhân tố E và các nghiệm thức đƣợc lặp lại 2 lần.
Nhân tố E: tỷ lệ kem sữa bổ sung vào dịch khoai lang (%) E1: 1 E2: 2 E3: 3
- Tổng số nghiệm thức là 3 x 1 = 3 nghiệm thức.
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 27
3.2.4.3 Tiến hành thí nghiệm
- Nguyên liệu khoai lang tím đƣợc rửa sạch, hấp chín, lột vỏ rồi xay với nƣớc theo tỷ lệ cố định là 2 nƣớc: 1 khoai (dữ liệu có đƣợc từ thí nghiệm thăm dò).
- Lấy khoảng 200g (mỗi mẫu) dịch khoai lang sau khi đã xay với nƣớc thủy phân bằng chế phẩm emzyme α-amylase và chế phẩm enzyme glucoamylase.
- Sau quá trình thủy phân, lọc lấy phần dịch trong và tiến hành phối chế.
- Tiến hành khảo sát tỷ lệ dịch khoai lang và kem sữa để tìm ra tỷ lệ phối trộn thích hợp nhất cho quá trình chế biến sản phẩm.
- Quá trình tiệt trùng sữa đƣợc thực hiện ở 121oC trong thời gian 20 phút.
3.2.4.4 Chỉ tiêu phân tích
- Giá trị cảm quan của sản phẩm.
- Màu sắc sản phẩm thông qua các giá trị L, a, b. - Phân tích thành phần sữa khoai lang.
3.2.5 Thí nghiệm 4: Khảo sát ảnh hƣởng của chất nhũ hóa glycerol đến độ đồng nhất của sản phẩm.
3.2.5.1 Mục đích
Xác định tỷ lệ chất nhũ hóa glycerol thích hợp để sản phẩm đạt độ đồng nhất tốt.
3.2.5.2 Bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc bố trí ngẫu nhiên với 1 nhân tố F và các nghiệm thức đƣợc lặp lại 2 lần.
Nhân tố F: tỷ lệ glycerol bổ sung vào sữa khoai lang (%)
F0: 0 F2: 0,1 F3: 0,3 F4: 0,5 - Tổng số nghiệm thức là 4 x 1 = 4 nghiệm thức.
- Tổng số đơn vị thí nghiêm là 4 x 2 = 8 đơn vị thí nghiệm.
3.2.5.3 Tiến hành thí nghiệm
- Nguyên liệu khoai lang tím đƣợc rửa sạch, hấp chín, lột vỏ rồi xay với nƣớc theo tỷ lệ cố định là 2 nƣớc: 1 khoai (dữ liệu có đƣợc từ thí nghiệm thăm dò).
- Lấy khoảng 200g (mỗi mẫu) dịch khoai lang sau khi đã xay với nƣớc thủy phân bằng chế phẩm emzyme α-amylase và chế phẩm enzyme glucoamylase.
Ngành Công nghệ thực phẩm Trang 28
- Sản phẩm đƣợc đồng hóa bằng phƣơng pháp khuấy trộn, sử dụng máy xay sinh tố trong thời gian 5 phút ở các mức độ không bổ sung glycerol và bổ sung glycerol với các tỷ lệ khảo sát. Để sản phẩm ổn định sau một ngày, đo mức độ lắng bằng ống đong và tiến hành phân tích các chỉ tiêu, chọn ra tỉ lệ thích hợp để sản phẩm đạt độ đồng nhất tốt.
3.2.5.4 Chỉ tiêu phân tích
- Mức độ lắng, trạng thái của sản phẩm.
- Màu sắc sản phẩm thông qua các giá trị màu.
3.2.6 Phƣơng pháp phân tích
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu và phƣơng pháp phân tích
Chỉ tiêu phân tích Thiết bị/ phƣơng pháp phân tích Độ Brix (o
Bx) Chiếc quang kế cầm tay Malwaukee Độ nhớt (cP) Máy đo độ nhớt Brookfield
Hàm lƣợng đƣờng khử (%)
Phƣơng pháp Lane – Eynon (1952) Công thức tính:
Số tra bảng x HSPL x 100 Hàm lƣợng đƣờng (%) =
Khối lƣợng mẫu x 1000 Phân tích thành phần sữa Máy phân tích sữa Jullie – C3
Màu sắc: thể hiện qua giá trị L, a, b
Phần mềm đo màu Colorexpress
Mức độ lắng (%) Sản phẩm đƣợc để ổn định sau một ngày. Sử dụng ống đong quan sát và đo độ lắng. Từ đó xác định mức độ lắng theo công thức: